Законы Дальтона

Законы Дальтона

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль - ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

Законы Дальтона — два физических закона, определяющих суммарное давление и растворимость смеси газов. Сформулированы Джоном Дальтоном в начале XIX века.

Формулировка законов

Закон о суммарном давлении смеси газов

Давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений.

Закон о растворимости компонентов газовой смеси

При постоянной температуре растворимость в данной жидкости каждого из компонентов газовой смеси, находящейся над жидкостью, пропорциональна их парциальному давлению.

Пределы применимости

Оба закона Дальтона строго выполняются для идеальных газов. Для реальных газов эти законы применимы при условии, если их растворимость невелика, а поведение близко к поведению идеального газа.

История открытия

Закон сложения парциальных давлений был сформулирован в 1801 году. При этом правильное теоретическое обоснование, основанное на молекулярно-кинетической теории, было сделано значительно позже.

Формулировка законов

Закон о суммарном давлении смеси газов

Закон о растворимости компонентов газовой смеси

При постоянной температуре растворимость в данной жидкости каждого из компонентов газовой смеси, находящейся над жидкостью, пропорциональна их парциальному давлению.

Пределы применимости

Оба закона Дальтона строго выполняются для идеальных газов. Для реальных газов эти законы применимы при условии, если их растворимость невелика, а поведение близко к поведению идеального газа.

История открытия

Закон сложения парциальных давлений был сформулирован в 1801 году . При этом правильное теоретическое обоснование, основанное на молекулярно-кинетической теории , было сделано значительно позже.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Законы Дальтона" в других словарях:

ЗАКОНЫ ДАЛЬТОНА - (Dalton Дол тон): первый закон общее давление смеси идеальных газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных (см.) отдельных газов, составляющих смесь, т. е. тех давлений, которые производил бы каждый газ в… … Большая политехническая энциклопедия

Законы Дальтона - открыты английским физиком и химиком Дж. Дальтоном (1766 1844) в 1801 и 1803 гг. 1) давление смеси химически невзаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений. Применим к реальным газам при значениях температур и давлений,… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Основные законы химии могут быть разделены на качественные и количественные. Содержание 1 Качественные законы 1.1 I. Закон фаз Гиббса … Википедия

ДАЛЬТОНА ЗАКОНЫ - (правильнее Дол тона, Dalton). 1. Закон кратных отношений, открытый Д., состоит в том, что элементы входят в хим. соединения в отношениях, всегда являющихся кратными нек рым простым числам. Так, если имеют воду, то на одну весовую часть водорода… … Большая медицинская энциклопедия

ДАЛЬТОНА ЗАКОНЫ: 1) давление смеси газов химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений;2) растворимость компонента газовой смеси в данной жидкости при постоянной температуре пропорциональна парциальному… … Большой Энциклопедический словарь

1) давление смеси химически невзаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений. Приближённо применим к реальным газам при значениях темп р и давлений, далёких от критических. 2) При пост. темп ре растворимость в данной жидкости… … Физическая энциклопедия

1) давление смеси химически невзаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений. Приближённо применим к реальным газам при значениях температур и давлений, далёких от критических. 2) При пост. температуре растворимость в данной … Физическая энциклопедия

ДАЛЬТОНА ЗАКОНЫ: 1) давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений; 2) растворимость компонента газовой смеси в данной жидкости при постоянной температуре пропорциональна парциальному… … Энциклопедический словарь

Описывают процессы, протекающие в равновесных системах «жидкий раствор пар» под действием температуры или давления. Содержание 1 Первый закон Коновалова 2 Второй закон Коновалова … Википедия

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Всю совокупнос … Википедия

Идеальными газовыми смесями называются смеси, которые подчиняются законам идеальных газов. При отсутствии химических реакций общее давление идеальной газовой смеси Р общ равно сумме пропорциональных давлений всех входящих в нее газов р 1 , р 2 , р 3 , …, р n (закон Дальтона). Парциальное давление газа смеси равно тому давлению газа, которым он обладал бы один, занимая объем смеси при той же температуре:

Р общ = р 1 + р 2 + р 3 + …+ р n .

Состав газовых смесей может быть выражен массовыми, объемными долями, числом молей или молярными долями. Массовой долей данного газа в смеси называется отношение массы этого газа к массе газовой смеси. Обозначив массовые доли газов через G 1 ,G 2 ,G 3 , …,G , массы газов в смеси – через m 1 ,m 2 ,m 3 , …,m и общую массу газовой смеси – через m , получим

G 1 = m 1 /m ; G 2 = m 2 /m ; G 3 = m 3 /m ; …; G = m / m ,

G 1 +G 2 +G 3 + … + G = 1, а m 1 + m 2 + m 3 + … + m .

Чтобы выразить состав газовой смеси в объемных долях, необходимо объемы газов, составляющих смесь, привести к одному давлению и температуре. Объем отдельного газа, входящего в смесь, приведенный к давлению смеси, называется приведением объемом. Для нахождения приведенного объема газа при давлении газовой смеси Р общ и температуре Т необходимо воспользоваться законом Бойля-Мариотта:

р 1 V общ = υ 1 Р общ; р 2 V общ = υ 2 Р общ;

р 3 V общ = υ 3 Р общ; рV общ = υ Р общ.

где υ 1 , υ 2 ,υ 3 , …, υ - приведенные объемы отдельных газов, составляющих смесь; р 1 , р 2 , р 3 , …, р – парциальные давления отдельных газов;

υ 1 = υ 2 =

υ 3 = υ =

Сумма приведенных объемов отдельных газов равняется общему объему смеси

υ 1 + υ 2 + υ 3 + …+υ= V общ.

Отношение приведенных объемов отдельных газов к общему объему смеси называется объемом долевой и обозначается через r :

r 1 = υ 1 / V общ; r 2 = υ 2 / V общ; r 3 = υ 3 / V общ; …; r = υ / V общ.

Киломолярной (молярной) долей газа в газовой смеси называется отношение числа кмолей (молей) данного газа n 1 ,n 2 , n 3 , …, n к общему числу кмолей (молей) газов, составляющих данную смесь:

∑n = n 1 + n 2 + n 3 + … + n

n 1 / ∑n ;n 2 / ∑n ;n 3 / ∑n ;…;n / ∑n .

Для идеальных газовых смесей состав, выраженный объемными и молярными долями, одинакова, т.е.

n 1 / ∑n = υ 1 / V общ = r 1; n 2 / ∑n = υ 2 / V общ = r 2;

n 3 / ∑n = υ 3 / V общ = r 3; n / ∑n = υ / V общ = r .

Количество кмолей можно определить делением масс m 1 ,m 2 ,m 3 , …,m (кг) на молекулярные массы газов в смеси:

n 1 = m 1 / М 1 ;n 2 = m 2 / М 2 ; n 3 = m 3 / М 3 ;…; n = m / М .

Парциальное давление каждого газа удобно рассчитывать, исходя из общего давления смеси газов (определяется опытным путем) и молярного содержания газов в смеси по формуле

р =(n / ∑n ) Р общ.

Если известны массы газов и температура смеси, то для отдельного газа используют уравнение состояния идеального газа:

р =nRT/V общ.

Уравнение состояния для смеси газов записывают так:

Р общ V общ = ∑nRT,

Р общ V общ =(m см / М ср)RT ,

где m см – масса смеси газов, кг; ∑n – сумма газов, составляющих сместь, кмоль; М ср – средняя молекулярная масса газовой смеси, которую вычисляют по формуле правила смешения, учитывается молекулярные массы газов, составляющих смесь, и их объемные доли:

М ср = М 1 r 1 + М 2 r 2 + М 3 r 3 + … + Мr .

Объемные, молярные и массовые доли газов в газовой смеси можно выражать в процентах. Для перехода от объемных долей, выраженных в процентах r (%), к массовым долям в процентах m (%) пользуется формулой

m (%) =r (%) (М/М ср),

где М – молекулярная масса данного газа; М ср - средняя молекулярная масса смеси газов.

Если состав газовой смеси выражен в массовых долях отдельных газов, то среднюю молекулярную массу вычисляют по формуле

М ср = .

Пример 1. Газовая смесь состоит из 3 м 3 диоксида углерода, взятого пол давлением 95 940 Па, 4 м 3 кислорода при давлении 106 600 Па, 6 м 3 азота при давлении 93 280 Па. Объем смеси 10 м 3 . Определить парциальное давления газов в смеси и общее давление смеси. Температура постоянная.

Р е ш е н и е. Парциальные давления каждого из газов вычисляем, используя формулу закона Бойля-Мариотта:

Па;
Па;

Па.

Р общ = 28 782 + 42 640 + 55 968 = 127 390 Па.

Пример 2. Сухой воздух имеет примерно следующий состав (%): N 2 78,09; O 2 20,95;Ar 0,93; CO 2 0,03. Определить массу 40м 3 сухого воздуха при 22º С и нормальном давлении.

Р е ш е н и е. По формуле вычисляем среднюю молекулярную массу воздуха:

М ср = ,

М ср = 28,02 ∙ 0,7809 + 32,00 ∙ 0,2095 + 39,94 ∙ 0,0093 + 44,01 ∙ 0,0003 = 28,97.

Для определения m возд используем уравнение

m возд =
кг.

Пример 3. В сосуде объемом 2000 м 3 смешиваются 1 кг азота, 2 кг кислорода и 3 кг водорода. Вычислить парциальные объемы и давления составляющих смесь газов, а также общее давление газовой смеси при 17º С.

Р е ш е н и е. Вычисляем числа кмолей газов по уравнению:

; ; ;

∑n = 0,03569 + 0,0625 + 1,485 = 1,583;Т = 273 + 17 = 290 К.

Определяем общее давление смеси газов Р общ:

Р общ =
Па.

Рассчитываем парциальные давление газов в смеси:

Па,

Па;
Па.

Определяем парциальные объемы газов:

м 3 ;

м 3 ;
м 3 .

21. В баллоне вместимостью 20 л при 18º С находится смесь из 28 г кислорода и 24 г аммиака. Определить парциальные давления каждого из газов и общее давление смеси

22. Сосуд объемом 7 л содержит 0,4 г водорода и 3,15 г азота при 0º С. Определить парциальные давления газов и общее давление газовой смеси.

23. В сосуд объем которого 6 л, под вакуумом ввели по 1 г воды и гексана С 6 Н 14 , нагретых до 250º С. Вычислить парциальные объемы газов в смеси.

24. Взяты 5 л азота, 2 л кислорода и 3 л диоксида углерода под давлением соответственно 2,3 ∙ 10 5 ; 2,7 ∙ 10 5 и 5,6 ∙ 10 5 Па и перемешаны, причем объем смеси равен 15 л. Вычислить парциальные давления, парциальные объемы газов в смеси и общее давление газовой смеси.

25. Газовая смесь приготовлена из 3 л метана при давлении 95 940 Па, 4 л водорода при давлении 83 950 Па и 1 л оксида углерода при давлении 108 700Па. Объем смеси равен 8 л. Определить парциальные давления, парциальные объемы отдельных газов в смеси и общее давление смеси газов.

26. Два баллона с кислородом вместимостью 3 и 4 л соединены между собой трубкой с краном. При закрытом кране давление кислорода в первом баллоне равно 55 970 Па, во втором – 103 500 Па. Температура газа одинакова. Каким станет давление в баллонах при той же температуре, если открыть кран? Объемом трубки пренебречь.

27. Три баллона вместимостью 3, 7 и 5 л наполнены соответственно кислородом ( Па), азотом ( Па) и диоксидом углерода ( Па) при одной и той же температуре. Баллоны соединяют между собой, причем образуется смесь той же температуры. Каково общее давление смеси газов?

28. Смесь азота и водорода находится в газометре вместимостью 8 л при 20º С. Парциальное давление водорода 50 660 Па, количество азота 0,85 моль. Определить давление смеси газов в газометре.

29. Смесь, содержащая азот и 0,854 моль водорода, при давлении 3,55 ∙ 10 5 Па и 20º С занимает объем 25 л. Определить число молей азота и массу азота.

30. Смесь газов имеет состав (об. доли, %): Н 2 3,0; СО 2 11,0; СО 26,0; N 2 60,0. Определить массу 80 м 3 этом смеси при 15º С и нормальном атмосферном давлении.

Следует сказать еще о двух газовых законах. Один из них касается числа молекул различных газов при одинаковых давлениях и температурах, а другой относится к смеси газов.

Закон Авогадро

В начале XIX в. было установлено правило кратных отношений для газов, вступающих в химическую реакцию. Если температуры и давления газов, соединяющихся друг с другом, равны, то их объемы находятся в простых отношениях: 1:1, 1:2, 1: 3 и т. д. На основании этого правила Авогадро в 1811 г. высказал смелую для того времени гипотезу: в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул. При отношении 1: 1 молекулы реагирующих газов соединяются попарно. Если отношение объемов равно 1: 2, то каждая молекула первого газа присоединяет к себе две молекулы второго и т. д.

В настоящее время гипотеза Авогадро строго доказана и носит название закона Авогадро.

Согласно закону Авогадро различные газы, взятые в количестве 1 моль, имеют одинаковые объемы при одинаковых давлениях р и температурах t , так как число молекул в них одно и то же. При нормальных условиях, т. е. при температуре О °С и атмосферном давлении 101 325 Па, этот объем, как показывают измерения, равен

Объем V M 0 называют молярным.

Почему же в равных объемах газов при одинаковых давлениях и температурах всегда обнаруживается одно и то же число молекул независимо от того, какой газ взят? Объяснить это можно только с помощью молекулярно-кинетической энергии (см. §4.5).

Закон Дальтона

Чаще имеют дело не с чистым газом - кислородом, водородом и т. д., а со смесью газов. Атмосферный воздух, в частности, представляет собой смесь азота, кислорода и многих других газов. Каждый из газов смеси вносит свой «вклад» в суммарное давление на стенки сосуда. Давление, которое имел бы каждый из газов, составляющих смесь, если удалить из сосуда остальные газы, называют парциальным (т. е. частным) давлением.

Простейшее предположение, которое можно сделать, состоит в том, что давление смеси газов р равно сумме парциальных давлений всех газов р 1 , р 2 , р 3 ...:

(3.8.2)

Английский химик Д. Дальтон установил, что для достаточно разреженных газов именно так и есть в действительности. Соотношение (3.8.2) называют законом Дальтона.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории закон Дальтона выполняется потому, что взаимодействие между молекулами идеального газа пренебрежимо мало. Поэтому каждый газ оказывает на стенку сосуда такое давление, как если бы остальных газов не было.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Это значение объема установлено экспериментально. В смеси газов каждый из них оказывает давление на стенки сосуда независимо от присутствия других газов.

§ 3.9. Уравнение состояния идеального газа

Состояние данной массы газа характеризуется тремя макроскопическими параметрами: давлением р, объемом V и температурой Т. Сейчас мы найдем связь между ними.

Уравнение состояния

В § 3.5 и 3.6 вы ознакомились с поведением идеального газа в специально созданных условиях. Два параметра из трех (р, V или V , Т) изменялись при постоянном значении третьего (Г или р). Обычно же в природе и технике у газа меняются сразу все три параметра. Например, когда нагретый у поверхности Земли воздух поднимается вверх, то он расширяется, давление его уменьшается и температура понижается.

Используя газовые законы (3.5.2) и (3.7.8), можно получить уравнение, связывающее все три параметра p , V и T , характеризующие состояние газа данной массы. Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа.

Газовые смеси. Закон Дальтона

Парциальным давлением называется та часть общего давления газовой смеси, которая обусловлена данным газом или паром. Парциальное газа в смеси равно тому давлению газа в смеси, которым он обладал бы один, занимая такой же объём, какой занимает смесь при той же температуре.

Закон Дальтона. При отсутствии химических реакций общее давление газовой смеси Р общ равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё газов р 1 , р 2 , р 3 …,р n ˸

Р общ = р 1 + р 2 + … + р n . (62)

Парциальное давление данного газа пропорционально доле ᴇᴦο молекул от общего количества молекул смеси (мольной доле)˸

p i = P общ ·X i = P общ · . (63)

Мольная доля Х i – есть отношение числа молей данного вещества – n i (или определённого вида частиц) к общему числу молей вещества (или частиц), находящихся в системе n i .

Мольную долю можно относить либо ко всей системе, либо к какой-то фазе. В последнем случае берётся отношение числа молей данного вещества в этой фазе к общему числу молей вещества, образующих данную фазу. Сумма мольных долей всех веществ, образующих систему (или фазу), равна единице.

Состав газовых смесей можно выразить также с помощью весовых, объёмных частей. Весовой долей данного газа в смеси называется отношение массы этого газа к массе газовой смеси. Если обозначим весовые доли газов через G 1 , G 2 , G 3 , …, G i ; а массы газов в смеси – через m 1 , m 2 , m 3, …, m i и общую массу газовой смеси – через m, то тогда получаем˸

G 1 = G 2 = G 3 = … G n = (64)

G 1 + G 2 + G 3 + … + G n =1

m 1 + m 2 + m 3 + … + m n = m.

Чтобы выразить состав газовой смеси в объёмных единицах, необходимо объёмы газов, составляющих смесь, привести к одному давлению и одной температуре. Объём отдельного газа, входящего в состав смеси, приведённого к давлению смеси, называется приведённым объёмом. Для того, чтобы найти приведённый объём газа при давлении газовой смеси Р общ и температуре Т, необходимо воспользоваться законом Бойля - Мариотта˸

p 1 V общ = v 1 P общ; p 2 V общ = v 2 P общ; p 3 V общ = v 3 P общ; … ; p n V общ = v n P общ,

где v 1 , v 2 , v 3 , …, v n – приведённые объёмы отдельных газов, составляющих смесь; р 1 , р 2 , р 3 , …, р n – парциальные давления отдельных газов;

v 1 = v 2 = v 3 = …; v n = (65)

Сумма приведённых объёмов отдельных газов равняется общему объёму смеси˸

v 1 + v 2 + v 3 + … + v n = V общ.

Отношение приведённых объёмов отдельных газов к общему объёму смеси называется объёмной долей и выражается через r˸

r 1 = r 2 = r 3 = …; r n = (66)

Для газовых смесей состав, выраженный объёмными и мольными долями одинаков, т.е.˸

Газовые смеси. Закон Дальтона - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Газовые смеси. Закон Дальтона" 2015, 2017-2018.